两相式混合步进电机速度和位移控制案例设计

步进电机在电脉冲信号的控制下能实现一定的角位移或线位移,掌握步进电机的控制技术非常重要。以两相混合式步进电机为控制对象,以单片机AT89C52和可编程计数器/定时器8253为主对电机进行速度和位移控制设计,对某一具体案例采用Proteus软件进行设计与仿真,包括控制电路和程序的设计。仿真和实验结果表明:该系统结构简单、容易实现、成本低,可用于其他步进电机的控制,并为教学或工程应用提供了参考。

探测器阵列高精度二维标定平台控制系统设计

为了实现快速、高精度探测器阵列标定,对探测器阵列高精度二维标定平台控制系统进行了研究,设计了采用单片机控制步进电机加编码器的闭环位移控制系统。介绍了该平台的标定原理和硬、软件控制系统设计,并对控制PID算法进行了研究,最后搭建了标定系统对控制系统进行综合测试。实验结果表明该控制系统有良好的控制能力,平台在600 mm×600 mm的有效行程内定位精度可达-11~12μm,十次单点测试数据变异系数为0.13%,连续模式下平均测量误差为1.65%。该平台设计满足探测器阵列的标定要求,为探测器阵列标定提供了一种有效手段。

智能雨水晾衣监测装置研究

智能雨水晾衣监测装置采用单片机作为主要控制芯片,由温湿度传感器、风速传感器、雨滴传感器、光敏传感器获取外界的信息。传感器所采集到空气温湿度、风力大小、光照强度以及是否正在下雨等信息,由单片机处理后对步进电机进行控制,实现防水布的伸出与收缩。装置可以选择自动避雨和手动避雨两种模式。设计电路采用仿真软件在电脑上进行仿真,极大地减少设计成本,直观地发现装置设计的缺点,也能更好地验证该装置的正确性。

基于STM32的全自动动平衡机控制系统设计

针对传统动平衡机功能单一、转速与位置控制和显示不灵活,以及特定微控制器无法二次开发的问题,提出以STM32单片机为控制器,结合步进电机、霍尔传感器、AD采集电路、HMI人机界面实现全自动动平衡机控制系统的软硬件设计。由HMI人机界面设置及显示状态参数,控制动平衡机的启停、加减速、转向调节及位置;通过细分设置步进电机驱动器实现被测转子的精确定位;实时显示被测转子转速、转向、驱动脉冲频率。试验证明,该控制系统控制方便,显示直观,工作稳定,测量不同转子灵活准确。

超强型齿层永磁混合式步进电机结构原理及性能分析

结合定子永磁混合式步进电机和超强型混合式步进电机结构及性能优点,提出一种仅在定转子齿层放置永磁磁条的超强型齿层永磁混合式步进电机,具有定转子结构简单、转矩和功率密度高、电磁场二维分布、设计分析计算方便等特点。针对电机结构特征、运行原理及转矩提升机制进行理论分析。基于归一化分析方法和二维有限元计算,探究齿高、齿宽、齿距、气隙等齿层参数变化对空载反电势、定位转矩、输出转矩、转矩脉动、保持转矩等电机性能的影响规律,提出该类电机齿层参数优化设计准则。将同规格定子轭部永磁混合式步进电机、定子齿层永磁混合式步进电机与所提出的超强型齿层永磁混合式步进电机进行性能比较研究,验证了理论分析的正确性及新型电机结构性能的优越性。

经皮穴位电刺激联合阶梯式运动想象疗法对脑卒中上肢和手功能的闭环康复疗效分析

目的探究经皮穴位电刺激联合阶梯式运动想象疗法对脑卒中患者上肢和手功能康复的疗效。方法选取2021年1月—2023年4月上海市静安区北部地区医疗服务共同体成员单位脑卒中患者80例随机分为试验组(n=40)和对照组(n=40)。两组患者均接受常规康复,试验组在此基础上接受基于“闭环康复”的经皮穴位电刺激联合阶梯式运动想象疗法,而对照组则接受经皮穴位电刺激治疗和注意力无效对照干预,总共干预4周。分别于治疗前后对两组患者进行Fugl-Meyer上肢运动功能评定量表(Fugl-Meyer assessment-upper extremities,FMA-UE)、积木盒障碍测试(boxing and blocking test,BBT)、改良Ashworth评分(modified Ashworth scale,MAS)和改良Barthel指数(modified Barthel index,MBI)的评定,并采用手心理旋转测试评价患者干预前的运动想象能力。结果试验组和对照组分别有35名和36名患者完成研究的所有干预和评定。治疗后两组FMA-UE、BBT、MBI评分均显著改善(t>3.545,P<0.001),试验组FMA-UE总分和近、远端子项目评分均显著优于对照组(t>2.187,P<0.05)。相关性分析显示试验组患者FMA-UE的远端子项目评分变化值与治疗前心理旋转反应时间呈负相关(r=-0.676,P<0.001)。结论经皮穴位电刺激治疗联合阶梯式运动想象疗法可有效改善脑卒中的上肢和手运动功能,其疗效与患者的基线运动想象能力有关。

基于非线性观测器的永磁同步电机位置估计算法研究

为提高表贴式永磁同步电机无位置传感器控制中转子位置和速度的估计精度,提出了一种改进型非线性观测器。通过重构非线性观测器的数学模型,构建了误差方程,利用Lyapunov理论对误差方程进行了稳定性分析。并基于稳定性条件提出了一种误差项步长优化方法,实现了非线性观测器的步长增益自调节。仿真与试验结果表明,改进型非线性观测器具有良好的动态性能,验证了其可行性。

起发一体式无刷直流电机控制器设计

基于无刷直流电机的数学模型,文章分别分析了控制及发电策略,在起动过程采用三相全桥逆变电路拓扑结构及六步换相控制策略;在发电部分采用二极管整流和BUCK稳压电路串联的电路拓扑结构,将电源管理芯片UC3843作为BUCK电路控制器件,完成了系统架构设计,具有一定的参考意义。

Contribution to the Full 3D Finite Element Modelling of a Hybrid Stepping Motor with and without Current in the Coils

The paper presents our contribution to the full 3D finite element modelling of a hybrid stepping motor using COMSOL Multiphysics software. This type of four-phase motor has a permanent magnet interposed between the two identical and coaxial half stators. The calculation of the field with or without current in the windings (respectively with or without permanent magnet) is done using a mixed formulation with strong coupling. In addition, the local high saturation of the ferromagnetic material and the radial and axial components of the magnetic flux are taken into account. The results obtained make it possible to clearly observe, as a function of the intensity of the bus current or the remanent induction, the saturation zones, the lines, the orientations and the magnetic flux densities. 3D finite element modelling provide more accurate numerical data on the magnetic field through multiphysics analysis. This analysis considers the actual operating conditions and leads to the design of an optimized machine structure, with or without current in the windings and/or permanent magnet.

慢行交通模型框架研究——以北京东坝北西区为例

针对既有交通模型主要对中长出行距离的机动化出行进行建模,缺乏对慢行交通行为建模,无法满足慢行示范区慢行需求预测。本文梳理了各种慢行交通方式的出行特征,将研究区域划分为低碳示范区内外两类空间单元,低碳示范区内空间单元细分为地块颗粒度,示范区外保持原交通小区颗粒度。基于北京综合交通大调查数据,采用多元回归和重力模型分别构建示范区内外的出行生成和分布模型。依据慢行距离转移曲线确定各慢行方式分担率,再利用logit模型得到剩余方式分担率,根据测试场景下慢行设施设置情况确定路网成本并采用CUBE软件进行示范区内慢行需求交通分配。对北京市东坝北西区远期慢行交通需求进行预测。结果表明,本文构建慢行交通模型框架可对示范区内慢行需求预测,模型结果可支撑区域内慢行设施有无对目的地的可达性分析,助力绿色低碳慢行示范区慢行交通规划建设。

基于COMSOL分析步进电动机故障的电流和磁场变化规律研究

步进电动机是电力系统稳定运行的关键设备之一,当步进电动机在运行过程中出现故障,将直接导致电力系统的停运,给电力企业带来经济损失,需要对步进电动机内部故障原因进行研究。通过COMSOL有限元分析及建模的方式,对步进电动机的失步故障和开路故障所引起的电场和磁场的变化展开了研究,分析了在5种不同频率下失步故障和开路故障所引起的电场和磁场的变化规律,以提高对步进电动机故障诊断的效率。

七步循环站立平衡训练联合Soundsory认知训练对脑卒中病人的影响

目的:探讨七步循环站立平衡训练联合Soundsory认知训练对脑卒中病人运动、认知功能的影响。方法:选取2022年2月—2023年2月河北省保定泰和康复医院存在认知障碍的脑卒中偏瘫康复期病人80例作为研究对象,采用随机数字表法将病人分为对照组和试验组,每组40例。对照组给予常规物理疗法、作业疗法等康复疗法,试验组在对照组基础上应用七步循环站立平衡训练联合Soundsory认知训练进行干预。于干预前、干预2周后、干预4周后分别对两组病人进行运动、认知功能测试。结果:重复测量方差分析结果显示,干预因素和时间因素在“站起-走”计时活动能力测试(TUGT)用时的主效应显著(F组间=8.560,F时间=380.633,均P<0.05);两组TUGT用时在干预因素和时间因素之间存在交互作用(F交互=41.949,P<0.05);干预2周后、干预4周后,试验组用时均少于对照组(P<0.05)。洛文斯顿作业疗法用认知评定成套测验(LOTCA)总分的重复测量方差分析结果显示,干预因素和时间因素在LOTCA总分水平的主效应显著(F组间=12.066,F时间=442.491,均P<0.05);两组LOTCA总分在干预因素和时间因素之间存在交互作用(F交互=128.475,P<0.05);干预2周后,试验组定向力、视运动组织、思维运作3个维度评分及总分均高于对照组(均P<0.05);干预4周后,试验组定向力、知觉、视运动组织、思维运作4个维度评分及总分均高于对照组(均P<0.05)。结论:七步循环站立平衡训练联合Soundsory认知训练可改善脑卒中病人运动功能、认知功能。

基于模糊控制的食品柔性供袋装置步进驱动系统研究

本文基于模糊控制算法,建立了柔性供袋模糊PID控制方法并进行仿真,通过与传统PID控制方法的比较来验证柔性供袋模糊PID控制方法的可靠性。仿真结果显示,在同等条件下,柔性供袋模糊PID控制达到稳定的时间比传统PID控制少;受到干扰信号后,阶跃响应曲线图发生一定的突变,但很快可以实现自我调节至新的平衡状态。研究结果表明,运用模糊PID控制方法来优化柔性供袋装置步进驱动控制系统,可以实现柔性供袋装置中撑袋与上袋装置的快速性能和精确性能。

基于移动终端的步进电机驱动系统模型研究

针对物联网系统中对底层步进电机设备进行远程精确控制的需求,提出了基于移动终端的步进电机驱动系统模型设计方案,使用HTML5构建可在移动终端设备访问的用户端操作界面,通过Web服务器接收用户的操作指令并向终端设备转发,指令的解析与电机驱动电平信号的操作发送采用Raspberry Pi 3B平台构建控制终端实现。经试验表明,该方案具有对电机状态控制实时精确、系统工作性能稳定、使用便捷等特点,为新型移动端物联网应用系统的设计提供了参考。

两相混合步进电机的准滑动模态控制研究

针对在两相混合式步进电机位置控制系统中采取滑模算法控制时系统抖振较大的问题,基于边界层概念对滑模控制算法进行了改进,优化了准滑动模态控制算法。并且在相关软件中搭建两相混合式步进电机控制仿真模型,并进行了仿真验证。结果表明,采用准滑动模态滑模控制比采用一般滑模控制情况下系统的抖振幅度减小50%,系统的动态性能得到了很大提升。

基于PI滑模变结构的步进电机位置控制研究

随着步进电机在各行各业中的应用日益广泛,传统的开环控制方法在实际工程应用中已难以满足更高的精度要求。该文建立了一类三相混合式步进电机的机电耦合模型和精确控制模型。提出了一种基于PI并联的滑模变结构控制方法。该方法将PI控制与滑膜变结构控制相结合,合理选择滑膜控制器的切换函数和趋近律。利用李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计控制系统的稳定性。MATLAB/Simulink仿真系统验证了控制方法的有效性和正确性,并搭建了实验平台。结果表明,基于并联PI反馈的滑膜变结构控制策略具有更快的响应速度和更高的控制精度。

带负载状态直流电机无位置传感器控制技术

针对易受外施电压或触发逆变功率的影响,产生电机部件损坏等问题,提出一种带负载状态直流电机无位置传感器控制技术。通过在初始电机中添加满足直流条件的输入电流,构建带负载状态直流电机观测模型,利用新型指数趋近率求解模型内无位置传感器的转子姿态,通过改进磁链函数统一静止、低速和高速3段运动方式中转子姿态的起始位点,实现带负载状态直流电机无位置传感器的控制。试验结果表明,所提技术在受到高频信号干扰时,其在3段运动方式上的电流矢量角均较小,且控制结果不受负载转矩的影响,始终与实际结果吻合。

永磁同步电机多步模型预测电流控制成本函数优化计算研究

针对表贴式永磁同步电机(PMSM)多步模型预测电流控制过程中运算量大的问题,提出一种成本函数优化计算的多步模型预测控制。成本函数优化计算采用事件触发机制,通过设置成本函数阈值动态精简多步预测的运算量。仿真结果表明:成本函数优化计算的多步模型预测电流控制性能良好,与传统方法完全等价,控制效果相当。基于STM32H743单片机平台,优化方法和传统方法单控制周期执行时间。试验结果表明:对于多步预测,优化算法可减少单控制周期执行时间,两步预测减小至77.71%,三步预测减小至53.95%,四步预测减小至39.76%,五步预测减少至33.48%,在控制性能与传统方法相当的条件下,提高系统实时性能。

永磁同步电机多步模型预测电流控制球形编码研究

传统多步模型预测电流控制遍历所有开关序列,并寻求成本函数最小,使得运算量较大.球形编码算法将成本函数转换为开关序列对应的矩阵二范数平方,并采用事件触发机制动态精简计算量.仿真结果表明:基于球形编码的多步模型预测电流控制性能良好,与传统方法完全等价,控制效果相当.基于STM32H743单片机平台,球形编码和传统方法单控制周期执行时间实验结果表明:对于多步预测,球形编码算法可减少单控制周期执行时间,2步预测减小至96.78%,3步预测减小至87.99%,4步预测减小至73.41%,5步预测减少至63.63%,在控制性能与传统方法相当的条件下,提高系统实时性能.

基于步进电机的时变边界层滑模位置控制研究

文章基于两相混合式步进电机控制系统,将滑模控制算法应用于位置控制,以改善系统动态性能和抗干扰性,同时,为削弱滑模控制中的抖振问题,设计了一种时变边界层的控制算法,在等速趋近律的基础上将时变边界层算法应用于电机位置控制系统;通过MATLAB/Simulink进行了仿真实验验证,并进一步完成了实际实验,证明了文中提出的控制算法可以对传统滑模控制中的抖振问题进行明显地削弱,且动态性能较为良好;通过对比实验,将文中应用的控制算法与传统的PID控制算法在突加负载的情况下进行对比,证明了应用时变边界层控制算法的两相混合式步进电机位置控制系统的优势性。